中小型网络系统总体规划与设计方法(一)

一，基于网络的信息系统基本结构

一个基于网络的信息系统基本结构它应该包括网络运行环境、网络系统、网络操作系统，以及基于网络操作系统

的网络数据库管理系统、网络软件开发工具与网络应用系统。同时，设计完备的系统还应有保证系统安全的网络安全

系统与保证网络正常运行的网络管理系统。如下图所示：

(1)网络运行环境

网络运行环境是指保障网络系统安全、可靠与正常运行所必需的基本设施与设备条件。它主要包括机房与电源两个部分。

(2)网络系统

支持信息系统的网络包括网络传输基础设施、网络设备两部分。

(3)网络操作系统
网络操作系统利用网络通信设施所提供的数据传输功能，为高层网络用户提供共享资源管理服务，以及其他网络

服务功能。目前流行的网络操作系统主要有：WindowsNTServer和Windows2000Server操作系统，Netware操作系

统，UNIX操作系统，Linux操作系统等。

(4)网络应用软件开发与运行环境

网络应用软件开发与运行环境包括：网络数据库管理系统和网络软件开发工具。

(5)网络管理与网络安全系统

组建计算机网络的目的是为处理各种信息的联网计算机系统提供一个性能良好和安全的通信环境。网络安全技术

从根本上来说，就是通过解决网络安全存在的问题，来达到信息在网络环境中存储、处理和传输的安全目的。

二，网络系统组建过程阶段划分

网络系统组建过程阶段划分的示意图：

三，网络需求调研与系统设计的基本原则

网络需求调研与系统设计的基本原则：

a)从充分调查入手，充分了解用户业务活动和用户信息需求；

b)在调查分析的基础上，在充分考虑需求与约束（经费、工作基础与技术等方面）的前提之下，对网络系统组建

与信息系统开发的可行性进行充分的论证，避免盲目性；

c)运用系统的概念，完成网络工程技术方案的规划与设计；

d)根据工程时间的要求，将网络系统组建的任务按照设计、论证、实施、验收、用户培训、维护的不同阶段进行

安排，大型网络的设计需要聘请专业的监理公司对项目执行的全过程进行监理；

e)强调各阶段文档资料的完整性和规范性。

四，网络用户调查与网络工程需求分析

(1)网络用户调查

a)网络用户调查

b)网络应用需求调查

需求分析是设计、建设、运行网络系统是关键。

(2)网络结点地理位置分布情况

a)用户数量及分布的位置

b)建筑物内部结构情况调查

c)建筑物群情况调查

以上数据是最终确定网络规模、布局、拓扑结构与结构化布线方案的重要依据。

(3)应用概要分析

a)Internet或Intranet服务

b)数据库服务

c)网络基础服务系统

(4)网络需求详细分析

网络需求详细分析主要包括：网络总体需求分析、综合布线需求分析、网络可用性与可靠性分析、网络安全性分析，以及网络工程造价估算。

五，网络总体设计基本方法

(1)网络工程设计总体目标与设计原则

网络工程建设必须首先明确用户的实际需求，统一规划，分期建设，选择适合的技术，确保网络工程建设的优先

性、可用性、可靠性、可扩展性与安全性。因此，网络设计的原则是实用性、开放性、高可靠性、安全性、先进性与

可扩展性。

(2)网络结构与拓扑构型设计方法

大型和中型的网络结构必须采用分层的设计思想，这是解决网络系统规模、结构和技术的复杂性的最有效方法。

是否需要分成3层组建的经验数据是：如果结点数为250~5000个，一般需要按3层结构来设计；如果结点为100~500

个，可以不必设计接入层网络，结点直接通过汇聚层的路由器或交换机接入；如果结点数为5~250个，也可以不设计

接入层网络与汇聚层网络。

(3)核心层网络结构设计

核心层网络是整个网络系统的主干部分，应该是设计与建设的重点。统计表明，核心层网络一般要承担整个网络

流量的40%~60%。目前应用于核心层网络是主要技术标准是GE/10GE，核心设备是高性能交换路由器，连接核心路

由器的是具有冗余链路的光纤。

由于为整个网络服务的服务器集群是连接在核心网络的，从提高服务器集群可用性的角度，存在着两种连接方

案，(a)种是采取的链路冗余的方法直接连接两台核心路由器，(b)是采取专用服务器交换机，同时采取链路冗余

的方法，间接地连接到两天核心服务器。前者的优点是直接利用了核心路由器的带宽，但是占用比较多的核心路由器

的端口，而高端路由器端口价格高，使得设备成本上升；后者在两台核心路由器之上在增加一台连接服务器集群的交

换机，其优点是可以分担核心路由器的带宽，缺点是容易形成带宽瓶颈，并且存在单点故障的潜在危险。

(4)汇聚层与接入层网络结构设计

汇聚层网络用于将分布在不同位置的子网连接到核心层网络，实现路由汇聚的功能。在一般规模的网络系统中，

尤其是在一期工程是设计中，人们经常采用多个并行的GE/10GE交换机堆叠的方式来扩展端口密度，由一台交换机使

用光端口通过光纤向上级联，将汇聚层与接入层合并成一层。

接入层网络用于将终端用户计算机接入到网络之中。网络系统分层设计的另一个好处是可以方便地分配和规划带

宽，有利于均衡负荷，提高网络效率。根据实际经验总结：层次之间的上联带宽与下一级带宽之比一般控制在1:20。

例如，如果一个接入交换机有24个10/100Mbps端口，那么上联带宽可以控制在（24×100）÷20＝120Mbps,留有一个

余量后,一般定为200Mbps。如果有10个规模相同的接入交换机，那么总的上联带宽可以选择2Gbps。

六,网络关键设备选型

(1)网络设备选型的基本原则是：

a)产品系列与厂商的选择

b)网络的可扩展性考虑

c)网络技术先进性考虑

(2)路由器选型的依据

(a)路由器的分类

从路由器的性能上，一般厂家将路由器划分为高端路由器（高端核心路由器）、中端路由器（或企业级路由器）

与低端路由器。路由器一般是根据路由器背板交换能力来划分的。背板交换能力大于40Gbps的称作高端路由器；背

板交换能力低于40Gbps的称为中低端路由器。如果从路由器在网络中位置分类，高端路由器一般用于核心层的主干

路由器，企业级路由器一般用于汇聚层的路由器，低端路由器一般用于接入层的接入路由器。

高端路由器作为核心路由器一般需要配置多个高端光端口，支持多协议标记交换（MPLS）协议等。企业级路由

器一般用于满足中型的园区网或企业网，在支持IP协议的同时，支持IPX、Vines等多种协议，并支持防火墙、QoS、

安全与VPN策略。低端路由器需要支持局域网、ADSL接入与PPP接入方式与协议。

(b)路由器关键技术指标

1)吞吐量

吞吐量是指路由器的包转变能力。路由器的吞吐量涉及两个方面的内容：端口吞吐量和整机吞吐量。端口吞吐量

是指路由器的一个具体端口的包转发能力，而整机吞吐量是指路由器整机的包转发能力。路由器的包转发能力与路由

器的端口数量、端口速率、包长度、包类型有关。

2)背板能力

背板是路由器的输入端与输出端之间的物理通道。传统的路由器采用的是共享背板的结构，高性能的路由器一般

采用的是交换式结构。背板能力决定了路由器的吞吐量。

3）丢包率

丢包率是指在稳定的持续负荷下，由于包转发能力的限制而造成包丢失的概率。丢包率通常是衡量路由器超负荷

工作时的性能指标之一。

4)延时与延时抖动
延时是指数据包的第一个比特进了路由器，到该帧的最后一个比特离开路由器所经历的时间，该时间间隔标志着

路由器转发包的处理时间。延时与包长度、链路传输速率有关。延时对物理性能影响很大。高速路由器一般要求为

1518B的IP包，延时要小于1ms。

延时抖动是指延时的变化量。由于数据包对延时抖动要求不高，因此通常不把延时抖动作为衡量高速路由器的主

要指标，但是语音、视频业务对延时抖动要求较高。

5)突发处理能力

突发处理能力是指以最小帧间隔发送数据包而不引起丢失的最大发送速率来衡量的。

6)路由表容量

路由器是通过路由表来决定包转发路径的。路由器的重要任务就是建立和维护一个与当前网络链路状态与结点状

态相适应的路由表。路由表容量指标标志着该路由器可以存储的最多的路由表项的数量。Internet要求执行BGP协议

的路由器一般要存储数万条路由表项。高速路由器应该能够支持25万条路由，平均每个目的地址至少提供两个路径，

那么路由表容量必须满足存储25万个BGP对等实体地址和50万个IGP邻居的网络地址。

7)服务质量

路由器的服务质量主要表现在队列管理机制、端口硬件队列管理和支持QoS协议上。队列管理机制是指路由器的

队列调度算法与拥塞管理机制。队列排队算法主要包括：支持公平排队算法、支持加权公平排队算法、虚拟输出队

列、拥塞控制、优先级管理等方面。

端口硬件队列管理通常是由端口硬件来实现，每个队列的优先级由队列调度算法来控制。

路由器应能支持区分服务（DiffServ）协议、资源预留（RSVP）与多协议标记交换（MPLS）协议。

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